Причина широкого використання профілів з алюмінієвих сплавів у побуті та виробництві полягає в тому, що всі повністю визнають їх переваги, такі як низька щільність, стійкість до корозії, чудова електропровідність, неферомагнітні властивості, формуваність та можливість переробки.
Китайська промисловість алюмінієвих профілів розвивалася з нуля, від малого до великого, поки не перетворилася на провідну країну-виробника алюмінієвих профілів, яка посідає перше місце у світі за обсягами виробництва. Однак, оскільки потреби ринку в алюмінієвих профілях продовжують зростати, виробництво алюмінієвих профілів розвивалося в напрямку складності, високої точності та великомасштабного виробництва, що призвело до низки виробничих проблем.
Алюмінієві профілі здебільшого виготовляються методом екструзії. Під час виробництва, окрім врахування продуктивності екструдера, конструкції форми, складу алюмінієвого стрижня, термічної обробки та інших факторів процесу, необхідно також враховувати конструкцію поперечного перерізу профілю. Найкраща конструкція поперечного перерізу профілю може не тільки зменшити складність процесу виробництва, але й покращити якість та експлуатаційний ефект продукту, знизити витрати та скоротити терміни доставки.
У цій статті узагальнено кілька поширених методів проектування поперечного перерізу алюмінієвих профілів на основі реальних випадків виробництва.
1. Принципи проектування алюмінієвих профілів
Екструзія алюмінієвого профілю – це метод обробки, при якому нагрітий алюмінієвий стрижень завантажується в екструзійний барабан, а потім через екструдер застосовується тиск для видавлювання його з отвору матриці заданої форми та розміру, що призводить до пластичної деформації для отримання необхідного продукту. Оскільки на алюмінієвий стрижень впливають різні фактори, такі як температура, швидкість екструзії, величина деформації та форма під час процесу деформації, рівномірність потоку металу важко контролювати, що створює певні труднощі для проектування прес-форм. Щоб забезпечити міцність прес-форми та уникнути тріщин, руйнування, відколів тощо, при проектуванні профілю слід уникати наступного: великих консолей, малих отворів, дрібних дірок, пористості, асиметрії, тонкостінності, нерівномірної товщини стінок тощо. Під час проектування ми повинні спочатку задовольнити його характеристики з точки зору використання, декорування тощо. Отриманий профіль є придатним для використання, але не є найкращим рішенням. Тому що, коли конструктори не мають знань про процес екструзії та не розуміють відповідного технологічного обладнання, а вимоги до виробничого процесу занадто високі та суворі, рівень кваліфікації знижується, вартість зростає, і ідеальний профіль не виготовляється. Отже, принцип проектування алюмінієвих профілів полягає у використанні максимально простого процесу, водночас задовольняючи його функціональний дизайн.
2. Кілька порад щодо дизайну інтерфейсу алюмінієвого профілю
2.1 Компенсація помилок
Закриття є одним із поширених дефектів у виробництві профілю. Основні причини такі:
(1) Профілі з глибокими поперечними отворами часто закриваються під час екструзії.
(2) Розтягування та випрямлення профілів посилить закриття.
(3) Профілі, що вводяться методом ін'єкції клею, з певними структурами також матимуть закриття через усадку колоїду після ін'єкції клею.
Якщо вищезгадане закриття не є серйозним, його можна уникнути, контролюючи швидкість потоку за допомогою конструкції форми; але якщо кілька факторів накладаються один на одного, і конструкція форми та пов'язані з нею процеси не можуть вирішити проблему закриття, попередня компенсація може бути надана в конструкції поперечного перерізу, тобто попереднє відкриття.
Розмір компенсації за попереднє відкриття слід вибирати на основі його конкретної структури та попереднього досвіду закриття. У цьому випадку конструкція креслення отвору форми (попереднє відкриття) та готове креслення відрізняються (рис. 1).
2.2 Розділіть великі секції на кілька менших секцій
З розвитком великогабаритних алюмінієвих профілів поперечні перерізи багатьох профілів стають все більшими, а це означає, що для їхньої підтримки потрібен цілий ряд обладнання, такого як великі екструдери, великі форми, великі алюмінієві стрижні тощо, а виробничі витрати різко зростають. Деякі великорозмірні профілі, які можна отримати шляхом зрощування, слід розділити на кілька менших секцій під час проектування. Це може не тільки знизити витрати, але й полегшити забезпечення площинності, кривизни та точності (рисунок 2).
2.3 Встановіть армуючі ребра для покращення його площинності
Вимоги до площинності часто зустрічаються під час проектування профільних перерізів. Профілі з малим прольотом легко забезпечити площинність завдяки їхній високій структурній міцності. Профілі з великим прольотом прогинатимуться під дією власної сили тяжіння одразу після екструзії, а частина з найбільшим напруженням згину посередині буде найбільш увігнутою. Крім того, оскільки стінова панель довга, легко утворювати хвилі, що погіршить переривчастість площини. Тому при проектуванні поперечного перерізу слід уникати використання плоских конструкцій великого розміру. За необхідності, для покращення його площинності посередині можна встановити підсилюючі ребра. (Рисунок 3)
2.4 Вторинна обробка
У процесі виробництва профілів деякі секції важко завершити методом екструзії. Навіть якщо це можливо, витрати на обробку та виробництво будуть занадто високими. У цьому випадку можна розглянути інші методи обробки.
Випадок 1: Отвори діаметром менше 4 мм на профілі зроблять форму недостатньо міцною, легко пошкодяться та ускладнять обробку. Рекомендується видалити дрібні отвори та замість них використовувати свердління.
Випадок 2: Виготовлення звичайних U-подібних канавок не є складним, але якщо глибина та ширина канавки перевищують 100 мм, або співвідношення ширини канавки до глибини канавки є неприйнятним, під час виробництва також виникнуть такі проблеми, як недостатня міцність форми та труднощі із забезпеченням отвору. Під час проектування профільної секції отвір можна вважати закритим, завдяки чому початкову суцільну форму з недостатньою міцністю можна перетворити на стабільну розрізну форму, і не буде проблем з деформацією отвору під час екструзії, що полегшить підтримку форми. Крім того, під час проектування можна виконати деякі деталі на з'єднанні між двома кінцями отвору. Наприклад: встановити V-подібні позначки, невеликі канавки тощо, щоб їх можна було легко видалити під час остаточної обробки (рис. 4).
2.5 Складно зовні, але просто всередині
Екструзійні форми для алюмінієвого профілю можна розділити на суцільні форми та шунтові форми залежно від наявності порожнини в поперечному перерізі. Обробка суцільних форм є відносно простою, тоді як обробка шунтових форм включає відносно складні процеси, такі як порожнини та головки. Тому необхідно приділяти повну увагу конструкції профілю, тобто зовнішній контур перерізу може бути спроектований складнішим, а пази, отвори для гвинтів тощо повинні розміщуватися якомога ближче до периферії, тоді як внутрішня частина повинна бути якомога простішою, а вимоги до точності не можуть бути занадто високими. Таким чином, обробка та обслуговування форми будуть значно простішими, а також покращиться коефіцієнт виходу продукції.
2.6 Резервна маржа
Після екструзії алюмінієві профілі мають різні методи обробки поверхні відповідно до потреб замовника. Серед них методи анодування та електрофорезу мало впливають на розмір через тонкий шар плівки. Якщо використовується метод обробки поверхні порошковим покриттям, порошок легко накопичується в кутах і пазах, а товщина одного шару може досягати 100 мкм. Якщо це положення складання, наприклад, слайдер, це означатиме, що є 4 шари напилення. Товщина до 400 мкм унеможливить складання та вплине на використання.
Крім того, зі збільшенням кількості екструзій та зносом форми, розмір пазів профілю ставатиме все меншим і меншим, тоді як розмір повзунка ставатиме все більшим і більшим, що ускладнює складання. Виходячи з вищезазначених причин, під час проектування необхідно передбачити відповідні запаси відповідно до конкретних умов, щоб забезпечити складання.
2.7 Маркування допусків
Для проектування поперечного перерізу спочатку створюється складальне креслення, а потім креслення профільного виробу. Правильне складальне креслення не означає, що креслення профільного виробу ідеальне. Деякі конструктори ігнорують важливість маркування розмірів та допусків. Позначені позиції, як правило, є розмірами, які необхідно гарантувати, такими як: положення складання, отвір, глибина паза, ширина паза тощо, і їх легко виміряти та перевірити. Для загальних допусків розмірів відповідний рівень точності можна вибрати згідно з національним стандартом. Деякі важливі складальні розміри необхідно позначити на кресленні конкретними значеннями допусків. Якщо допуск занадто великий, складання буде складнішим, а якщо допуск занадто малий, виробничі витрати зростуть. Розумний діапазон допусків вимагає щоденного накопичення досвіду конструктора.
2.8 Детальні налаштування
Деталі визначають успіх чи невдачу, і те саме стосується конструкції поперечного перерізу профілю. Невеликі зміни можуть не тільки захистити форму та контролювати швидкість потоку, але й покращити якість поверхні та збільшити коефіцієнт плинності. Одним із поширених методів є заокруглення кутів. Екструдовані профілі не можуть мати абсолютно гострих кутів, оскільки тонкі мідні дроти, що використовуються для різання дротом, також мають діаметри. Однак швидкість потоку в кутах повільна, тертя велике, а напруження концентроване, часто виникають ситуації, коли сліди екструзії очевидні, розмір важко контролювати, а форми схильні до відколів. Тому радіус заокруглення слід максимально збільшити, не впливаючи на його використання.
Навіть якщо він виготовляється на невеликій екструзійній машині, товщина стінки профілю не повинна бути менше 0,8 мм, а товщина стінки кожної частини секції не повинна відрізнятися більш ніж у 4 рази. Під час проектування діагональні лінії або дугові переходи можуть використовуватися при різких змінах товщини стінки, щоб забезпечити правильну форму виливу та легкий ремонт форми. Крім того, тонкостінні профілі мають кращу еластичність, а товщина стінки деяких фасонок, рейок тощо може становити близько 1 мм. Існує багато застосувань для коригування деталей у проектуванні, таких як коригування кутів, зміна напрямків, скорочення консолей, збільшення зазорів, покращення симетрії, коригування допусків тощо. Коротше кажучи, проектування поперечного перерізу профілю вимагає постійного узагальнення та інновацій, і повністю враховує взаємозв'язок між проектуванням форми, виробництвом та виробничими процесами.
3. Висновок
Як дизайнер, щоб отримати найкращі економічні вигоди від виробництва профілю, він повинен враховувати всі фактори всього життєвого циклу продукту під час проектування, включаючи потреби користувачів, дизайн, виробництво, якість, вартість тощо, прагнути досягти успіху в розробці продукту з першого разу. Це вимагає щоденного відстеження виробництва продукту та збору та накопичення інформації з перших рук, щоб передбачити результати проектування та заздалегідь їх виправити.
Час публікації: 10 вересня 2024 р.
